C/C++｜图文深入理解函数调用的5种约定

函数调用约定（Calling Convention），是一个重要的基础概念，用来规定调用者和被调用者是如何传递参数的，既调用者如何将参数按照什么样的规范传递给被调用者。

在参数传递中，有两个很重要的问题必须得到明确说明：

I 当参数个数多于一个时，按照什么顺序把参数压入堆栈；

II 函数调用后，由谁来把堆栈恢复原状。

假如在C语言中，定义下面这样一个函数：

int func(int x,int y, int z)

然后传递实参给函数func()就可以使用了。但是，在系统中，函数调用中参数的传递却是一门学问。因为在CPU中，计算机没有办法知道一个函数调用需要多少个、什么样的参数，也没有硬件可以保存这些参数。也就是说，计算机不知道怎么给这个函数传递参数，传递参数的工作必须由函数调用者和函数本身来协调。为此，计算机用栈来支持参数传递。

函数调用时，调用者依次把参数压栈，然后调用函数，函数被调用以后，在堆栈中取得数据，并进行计算。函数计算结束以后，或者调用者、或者函数本身修改堆栈，使堆栈恢复原状。

在高级语言中，通过函数调用约定来说明参数的入栈和堆栈的恢复问题。常见的调用约定有：

__stdcall
__cdecl
__fastcall
thiscall
__naked call

不同的调用规约，在参数的入栈顺序，堆栈的恢复，函数名字的命名上就会不同。在编译后的代码量，程序执行效率上也会受到影响。

在以上几种调用约定中，只有__cdecl是可以支持变长参数的（如支持printf()参数数量不确定的函数），由调用者负责堆栈管理，这两者是相关的，因为调用者负责传参，知道参数的数量和类型，如果要支持数量不确定的参数的话，只能是调用者来管理堆栈平衡。__cdecl也是C语言默认的调用约定。__stdcall每次函数调用都要由编译器产生还原堆栈的代码，所以使用__cdecl方式编译的程序比使用__stdcall方式编译的程序要大很多。

示例代码：

#include <stdio.h>

int __stdcall stdcallF(int x, int y);    // 被调用函数自身修改堆栈，WINAPI和CALLBACK

//int       cdeclF(int x ,int y);        // 默认的C调用约定
int __cdecl cdeclF(int x,int y);         // 明确指出C调用约定， 调用者修改堆栈，支持可变参数，比如printf()
int __fastcall fastcallF(int x,int y,int z); // 被调用者修改堆栈

int __declspec(naked) sub(int a,int b)  // 编译器不会给这种函数增加初始化和清理代码，
{                   // 也不能用return语句返回值，只能程序员控制，
                    // 插入汇编返回结果。因此它一般用于驱动程序设计
   __asm mov eax,a
   __asm sub eax,b
   __asm ret
}

class CAdd
{
    int a,b;
public:
    CAdd(int aa,int bb):a(aa),b(bb){}
    int add(int c);  // 参数从右向左入栈，this指针最后入栈
                     // 参数个数不确定时，调用者清理堆栈，否则函数自己清理堆栈
};

int main()
{
    int a = 3;
    int b = 4;
    int c = 5;
    int s = 0;
    sub(3,4);
    s =  stdcallF(a,b);
    s += cdeclF(a,b);
    s += fastcallF(a,b,c);
    CAdd cadd(3,4);
    s += cadd.add(c);
    printf("%dn",s); //38
    
    getchar();
    return 0;
}
int __stdcall stdcallF(int x, int y)    // WINAPI和CALLBACK
{                                       // 被调用函数自身修改堆栈
    return x+y;
}

//int       cdeclF(int x ,int y)        // 默认的C调用约定
int __cdecl cdeclF(int x,int y)         // 明确指出C调用约定
{                                       // 调用者修改堆栈，支持可变参数，比如printf()
    return x+y;
}

int __fastcall fastcallF(int x,int y,int z)     // 被调用者修改堆栈
{                   // 函数的第一个和第二个参数通过ecx和edx传递，剩余参数从右到左入栈
                    // 在X64平台，默认使用了fastcall调用约定，因其有较多的寄存器
    return x+y+z;
}

int CAdd::add(int c)    // 参数从右向左入栈，this指针最后入栈
{                       // 参数个数不确定时，调用者清理堆栈，否则函数自己清理堆栈
    return a+b+c;
}

我们来看一下__cdecl调用的调用者的汇编：

34:       s += cdeclF(a,b);
004010B0   mov         edx,dword ptr [ebp-8]
004010B3   push        edx   // 压参b
004010B4   mov         eax,dword ptr [ebp-4]
004010B7   push        eax  // 压参a
004010B8   call        @ILT+10(cdeclF) (0040100f)
004010BD   add         esp,8    // 主调函数做堆栈平衡，2个int参数，esp偏移8字节
004010C0   mov         ecx,dword ptr [ebp-10h]
004010C3   add         ecx,eax
004010C5   mov         dword ptr [ebp-10h],ecx   // 返回值

__cdecl调用的被函数的汇编：

49:   int __cdecl cdeclF(int x,int y)         // 明确指出C调用约定
50:   {                                       // 调用者修改堆栈，支持可变参数，比如printf()
00401230   push        ebp
00401231   mov         ebp,esp
00401233   sub         esp,40h
00401236   push        ebx
00401237   push        esi
00401238   push        edi
00401239   lea         edi,[ebp-40h]
0040123C   mov         ecx,10h
00401241   mov         eax,0CCCCCCCCh
00401246   rep stos    dword ptr [edi]
51:       return x+y;
00401248   mov         eax,dword ptr [ebp+8]
0040124B   add         eax,dword ptr [ebp+0Ch]
52:   }
0040124E   pop         edi
0040124F   pop         esi
00401250   pop         ebx
00401251   mov         esp,ebp
00401253   pop         ebp
00401254   ret    // 这里被调函数没有做堆栈平衡

__cdecl代表性的栈示意图：

__cdecl代表性的函数栈帧的示例代码：

#include <stdio.h>

struct ST{
    int a;
    double d;
    //ST(int aa,double dd):a(aa),d(dd){};
};

ST test(double d,int a)
{
    char ch = 'a';
    char chs[5] = "";
    ST st;
    st.a = a;
    st.d = d;
    return st;
}

int main()
{
    ST s = test(2.3,4);
    printf("%d %fn",s.a,s.d);
    getchar();
    return 0;
}

ref:

http://mallocfree.com/basic/c/c-6-function.htm#79

－End－